Группа исследователей во главе с Томасом Гинвишем (Thomas Givnish) из Университета штата Висконсин составила филогенетическое древо семейства орхидных (Orchidaceae). Представители этого семейства, насчитывающего не менее 25000 видов, составляют около 8 % всех видов сосудистых растений.
Ученые, используя новые методы секвенирования, сопоставили гены, содержащиеся в хлоропластах орхидей. ДНК хлоропластов изменяется медленнее, чем ДНК ядра, что позволяет выявлять отдаленные родственные отношения между видами. Всего были проанализированы 75 генов из хлоропластов 35 видов орхидей, представляющих практически все основные группы этого семейства. Также данные были сопоставлены с 96 видами других цветковых растений. Учитывая информацию о возрасте окаменелостей 17 видов растений, часть из которых представляют собой существующие и сейчас виды орхидей, ученые смогли датировать моменты расхождения основных ветвей семейства и определить скорость видообразования в разные периоды.
Первые орхидеи появились около 112 миллионов лет назад, разделение основных подгрупп орхидных началось 90 миллионов лет назад. Затем, около 64 миллионов лет назад, у орхидей возникло важное новшество. Их зерна их пыльцы стали сливаться под общей оболочкой, образуя одно большое зерно, так называемый поллиний. Липкий шарик поллиния надежно держится на теле опылителя (птицы или насекомого) и позволяет сразу всей пыльце с высокой вероятностью достигнуть пестика. Тут же началось развитие разнообразных приспособлений для прикрепления поллиния к животным-опылителям. Как оказалось, у орхидей, имеющих поллиний, скорость видообразования на 5,1 % выше, чем у видов с одиночными зернами пыльцы.
Около 35 миллионов лет назад орхидеи стали эпифитами, то есть научились жить на ветвях и стволах других растений. Новая экологическая ниша дала очередной стимул к видообразованию, скорость которого у орхидей-эпифитов выросла на 8,8 %. Так как в новых условиях воздушные корни орхидей постоянно испытывали дефицит влаги, растения применили еще одно новшество. У них появился особый тип фотосинтеза, так называемый фотосинтез по типу толстянковых, или CAM-фотосинтез (crassulacean acid metabolism), известный у ряда растений, которым необходимо экономно расходовать воду. Скорость видообразования после этого увеличилась на целых 20,3 %. Наконец, наибольший прирост скорости произошел, когда орхидеи освоили условия высокогорий Анд и Новой Гвиней (24,9 % по сравнению с видами, живущими в низинах).
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B. В ближайшем будущем ученые рассчитывают уточнить филогенетические отношения между орхидеями на основе уже не ДНК хлоропластов, а ядерной ДНК. В прошлом ноябре впервые был секвенирован геном орхидеи – тропического эпифита Phalaenopsis equestris.
